JPH0987807A - 高靭性精密鋳造用高速度工具鋼 - Google Patents

高靭性精密鋳造用高速度工具鋼

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JPH0987807A
JPH0987807A JP24433895A JP24433895A JPH0987807A JP H0987807 A JPH0987807 A JP H0987807A JP 24433895 A JP24433895 A JP 24433895A JP 24433895 A JP24433895 A JP 24433895A JP H0987807 A JPH0987807 A JP H0987807A
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JP
Japan
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less
steel
speed tool
tool steel
toughness
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Pending
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JP24433895A
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English (en)
Inventor
Haruo Koyama
治雄 小山
Toshimitsu Fujii
利光 藤井
Yukinori Matsuda
幸紀 松田
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳造後に炭化物を微細化するための加工処理
が不要であって、高い靭性を有する精密鋳造用高速度工
具鋼を提供する。 【解決手段】 組成が質量%で、C:0.70〜2.2
0%、Si:3.00%以下、Mn:1.50%以下、
Cr:3.0〜6.0%、Mo:20.0%以下、W:
40.0%以下、V:6.0%以下、残部Feおよび不
可避的不純物からなり、W+2Mo:22.0〜40.
0%、V/(W+2Mo):0.15%以下であること
を特徴とする。また、マトリックス中に一次炭化物が網
目状に存在する組織を有し、前記網目状炭化物の平均網
目間隔が80μm以下であることを特徴とする。上記組
成にさらに質量%でCo:13.0%以下、希土類元
素:0.60%以下、Nb:1.5%以下、Ti:1.
5%以下、Ta:1.5%以下を含むことができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、歯切りカッター、エン
ドミル、ドリル等の切削工具、ベアリング、フェイスカ
ム、リングカム等の転動部品、その他の耐摩耗部品用材
料として用いる高靭性精密鋳造用高速度工具鋼に関す
る。
【0002】
【従来の技術】高速度工具鋼は、高い硬度と耐摩耗性を
有すると共に靭性にも優れているので、切削工具用材料
をはじめとする耐摩耗部品用材料として広く用いられて
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の高速
度工具鋼は、鋳造状態では凝固時に晶出する炭化物(一
次炭化物)が粗い網目状に形成されているので、鋳造状
態では工具鋼として必要な靭性が十分に得られない。そ
のため、鋳造後に熱間加工等を繰返して粗い一次炭化物
を微細分散化する必要があり、最終製品形状に近いいわ
ゆるニアネットシェイプを鋳造のままで達成することは
事実上不可能である。
【0004】さらに、高速度工具鋼は含有する合金元素
も多く金属組織としても多量の炭化物を含むので、鍛練
などの熱間加工が困難な材料である。そのため、高速度
工具鋼の製造にはESR(エレクトロスラグ再溶解)な
どの特殊溶解や鍛造分塊などの手間のかかる工程を必要
としている。すなわち、所要の化学組成に調整した高速
度工具鋼の溶鋼を鋳型に鋳造して鋼塊とし、さらにこれ
に二次溶解としてESRを施して炭化物を均一分布さ
せ、後続の鍛練過程を容易にする。これに熱間鍛造、熱
間圧延などの熱間加工を施して棒材とする。これによっ
て、鋼を鍛練し、組織を微細化して鋼の靭性を向上させ
る。
【0005】上記の鋼塊形成過程において、大型の鋼塊
を用いると成分偏析を生じたり晶出炭化物が大きく成長
して鋼の靭性を損ねたりするなどの不都合を生じるおそ
れがある。そこで、ガス噴霧法などによって溶鋼から高
速度鋼粉末を製造し、高温等圧プレス(HIP)を用い
るなどして前記高速度鋼粉末を焼結・固化し、金属組織
の微細な鋼塊を形成することも行われている。この場合
には焼結した鋼塊中の空孔を圧着して高密度化するため
に熱間加工を施す必要がある。
【0006】高速度工具鋼の高い硬度と耐摩耗性は、主
に、含有する多量の合金元素によって形成される炭化物
等と、合金元素の固溶によるマトリックスの強化による
ものであるから、高速度工具鋼は熱間加工が困難な材料
である。そのため、高速度工具鋼棒材を得るのには多く
の工程を要し、また、熱間加工時に発生する疵や割れに
よる歩留り損も大きいので、高速度工具鋼はいっそう高
価な材料となっているのが現状である。
【0007】高速度工具鋼の溶湯を鋳造によってニアネ
ットシェイプとすれば、二次溶解、鍛練などの工程が省
かれ、極めて経済的に高速度工具鋼製品を得ることがで
きる。そのためには鋳造状態で靭性の高い高速度工具鋼
が必要となる。すなわち本発明の目的は、鋳造後に炭化
物を微細化するための加工処理が不要であって、精密鋳
造によってニアネットシェイプに形成することが可能
で、かつ、高い靭性を有する高靭性精密鋳造用高速度工
具鋼を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達するため
に、本発明の高靭性精密鋳造用高速度工具鋼は、 (1)組成が質量%で、C :0.70〜2.20%、
Si:3.00%以下、Mn:1.50%以下、Cr:
3.0〜6.0%、Mo:20.0%以下、W :4
0.0%以下、V :6.0%以下、残部Feおよび不
可避的不純物からなり、 W+2Mo:22.0〜40.0%、 V/(W+2Mo):0.15%以下 であることを特徴とする。 (2)(1)において、マトリックス中に一次炭化物が
網目状に存在する組織を有し、前記網目状炭化物の平均
網目間隔が80μm以下であることを特徴とする。 (3)(1)または(2)のいずれか1項記載の組成に
さらに質量%で Co:13.0%以下 を含むことを特徴とする。 (4)(1)から(3)のいずれか1項記載の組成にさ
らに質量%で 希土類元素:0.60%以下 を含むことを特徴とする。 (5)(1)から(4)のいずれか1項記載の組成にさ
らに質量%で Nb:1.5%以下、 Ti:1.5%以下、 Ta:1.5%以下 のいずれか1種または2種以上を含むことを特徴とす
る。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の高靭性精密鋳造用
高速度工具鋼の組成を限定する理由について説明する。 C:0.70〜2.20% Cは、同時に含有するCr、W、Mo、Vと炭化物を形
成し、晶出・析出すること、およびマトリックスに固溶
することによって鋼の硬さを高めるために必須の元素で
ある。切削工具、転動部品、耐摩耗部品にとって必要と
される硬度を得るためには、0.70%以上のCを含有
することが必要である。しかし、過度に含有すると靭性
の低下をまねくため、含有率の上限を2.20%とす
る。
【0010】Si:3.00%以下 Siは鋼を脱酸するために添加する。また、Siは鋼マ
トリックスに固溶してその硬さを高める効果をもつ。し
かし、過度に添加すると鋼の靭性を損うので、Si含有
率の上限は3.00%とする。 Mn:1.50%以下 Mnは鋼を脱酸するために添加する。また、Mnは鋼の
焼入れ性を増し、耐摩耗性を高める。しかし、過度に添
加すると熱処理時に焼割れを生じたり多量の残留オース
テナイトを生成して鋼を脆化したりするので、Mn含有
率の上限を1.50%とする。
【0011】Cr:3.0〜6.0% Crは、鋼の焼もどし時に炭化物として析出して鋼の硬
さを高めるので添加する。また、Crは鋼の焼入れ性を
向上し鋼の硬さを高めることにも寄与する。そして、高
い硬度を得るためにはCr含有率3.0%以上が必要で
ある。しかし、過度に添加するとCrを主体とするM23
6 炭化物の析出量が増加し、鋼の靭性を低下するので
Cr含有率の上限を6.0%とする。
【0012】 Mo:20.0%以下、W:40.0%以下、 W+2Mo:22.0〜40.0% MoおよびWは、いずれも鋼の鋳造時にM2 C型または
6 C型の炭化物をネット状に晶出し、鋼の硬さを増加
して耐摩耗性を向上する。鋼の焼もどし時にはM6 C型
炭化物として析出して鋼の硬さを高め、工具寿命、転動
寿命の向上に寄与する。この目的のためには(W+2M
o)として22.0%以上含有することが必要である。
また、(W+2Mo)を増加することによって一次炭化
物の晶出間隔が減少し、靭性が向上する。
【0013】しかし、過度に添加すれば粗大なM2 C炭
化物またはM6 C炭化物の生成量を増加し、かえって鋼
の靭性が低下するので、MoおよびWの含有率は、単独
ではそれぞれMo:20.0%、W:40.0%を上限
とする。また、(W+2Mo)としては40.0%の含
有を上限とする。靭性が特に要求される用途に用いると
きは(W+2Mo):22.0〜27.0%とし、耐摩
耗性が特に要求される用途に用いるときは(W+2M
o):30.0〜40.0%とするのが好ましい。
【0014】なお、Moは鋼中においてWと同等の効果
を示すが、Moの原子量がWのそれの約1/2であるこ
とから、MoのW当量を2とした。 V:6.0%以下、 V/(W+2Mo):0.15以
下 Vは、鋼中においてMC型炭化物として析出して鋼の硬
さを高める。しかし、過度に添加すると大型のMC型炭
化物の量が増大し、鋼の靭性が低下し、転動寿命が低下
するので、V含有率の上限を6.0%とする。
【0015】また、(W+2Mo)に対してV含有率を
過大とすると一次炭化物が粗大かつ不均一に晶出するこ
とがあり、これによって鋼の靭性が低下する。V含有率
をV/(W+2Mo):0.15以下とすることによっ
て粗大な一次炭化物の晶出を抑制することができ、鋼の
靭性低下を防ぐことができる。 Co:13.0%以下 Coは、鋼マトリックスに固溶することと、マトリック
スに対するCの溶解度を高めることとにより鋼の硬さを
高める効果を有する。また、Coは鋼の焼もどし軟化抵
抗を増加する。高硬度の歯切用刃物が必要な場合や刃先
の温度が異常に高温となる場合に添加するのが好まし
い。しかし、過度に添加してもその効果が飽和し、徒に
コストを高めるのみなのでCoの含有率は13.0%を
上限とする。
【0016】希土類元素:0.60%以下 希土類元素は、MC型炭化物の晶出温度範囲を狭めるこ
とにより、鋳造時に晶出する網状MC炭化物を微細化
し、鋼の靭性を向上する効果を有する。しかし、過度に
添加してもその効果が飽和し、徒にコストを高めるのみ
なので含有率の上限を0.60%とする。
【0017】Nb:1.5%以下、Ti:1.5%以
下、Ta:1.5%以下のいずれか1種または2種以上 いずれも炭化物形成傾向の強い元素であって、鋼中にお
いて硬い炭化物を形成して鋼の耐摩耗性を向上するの
で、必要に応じて添加することができる。これらの元素
は、過度に添加してもその効果が飽和し、徒にコストを
高めるのみなので、上記の範囲で含有することが好まし
い。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。減
圧吸引鋳造法によって、ロストワックス鋳型に溶鋼を鋳
造して、表1に示す化学組成を有する60mm×15m
m×100mmの平板を得た。前記鋳造品を870℃で
1hr加熱後、15℃/hrの冷却速度で徐冷して焼な
ましした。
【0019】
【表1】
【0020】前記焼なまし材から3.5mm×5.5m
m×35の粗加工試験片を切出し、ソルト炉にて116
0℃×3min油冷の焼入後、560℃×1hr空冷3
回焼もどしを行い、精加工して厚さ3mm×幅5mm×
長さ35mmの抗折試験片を得た。該抗折試験片につい
て、支点間距離20mmとして3点曲げによる抗折試験
を行った。抗折試験片の破断荷重より最大表皮応力を求
め、これを抗折力とし、靭性の評価に用いた。
【0021】また、前記抗折試験片について、金属組織
を顕出し、切断法によってネット状一次炭化物の晶出間
隔の測定を行った。ネット状一次炭化物の晶出間隔の測
定は、測定倍率200倍、1視野における切断長50m
m(実際の切断長250μm)、測定視野数36として
行った。前記焼なまし材から切出し、5mm×20mm
×50mmに仕上げした後、抗折試験片と同一の条件で
焼入焼もどしして得た摩耗試験片について、大越式摩耗
試験機による摩耗試験を行った。摩耗試験は、回転円板
として硬さHRB78のSCM415製を用い、最終荷
重6.3kg、摩擦速度1.37m/sec、摩擦距離
200mとして行い、摩耗試験片の摩耗減量より比摩耗
量を求めた。
【0022】これらの試験結果を表2に示す。
【0023】
【表2】
【0024】比較例1はV含有率を下げてV/(W+2
Mo)の値を低めたが、(W+2Mo)が低く、炭化物
晶出間隔が大きいために硬さが低く抗折力が低い結果と
なっている。比較例2〜5はV/(W+2Mo)の値が
高く、抗折力が低い結果となった。これに対して本発明
の実施例は、いずれも比較例に比べて高い硬さと優れた
耐摩耗性を保ちつつ高い抗折力を示している。
【0025】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の高靭性精
密鋳造用高速度工具鋼によれば、鋳造後の炭化物が微細
なので鋳造後に炭化物を微細化するための加工処理が不
要であり、精密鋳造によってニアネットシェイプに形成
することが可能である。本発明の高速度工具鋼は高い靭
性を有するので、本発明によれば、二次溶解、鍛練など
の工程が省かれ、極めて経済的に靭性の高い高速度工具
鋼製品を得ることができる。さらに、高硬度で耐摩耗性
に優れていることから、転動部品への適用も可能であ
る。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 組成が質量%で、 C :0.70〜2.20%、 Si:3.00%以下、 Mn:1.50%以下、 Cr:3.0〜6.0%、 Mo:20.0%以下、 W :40.0%以下、 V :6.0%以下、 残部Feおよび不可避的不純物からなり、 W+2Mo:22.0〜40.0%、 V/(W+2Mo):0.15%以下 であることを特徴とする高靭性精密鋳造用高速度工具
    鋼。
  2. 【請求項2】 マトリックス中に一次炭化物が網目状に
    存在する組織を有し、前記網目状炭化物の平均網目間隔
    が80μm以下であることを特徴とする請求項1記載の
    高靭性精密鋳造用高速度工具鋼。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2のいずれか1項
    記載の組成にさらに質量%で Co:13.0%以下 を含むことを特徴とする高靭性精密鋳造用高速度工具
    鋼。
  4. 【請求項4】 請求項1から3のいずれか1項記載の組
    成にさらに質量%で希土類元素:0.60%以下を含む
    ことを特徴とする高靭性精密鋳造用高速度工具鋼。
  5. 【請求項5】 請求項1から4のいずれか1項記載の組
    成にさらに質量%で Nb:1.5%以下、 Ti:1.5%以下、 Ta:1.5%以下 のいずれか1種または2種以上を含むことを特徴とする
    高靭性精密鋳造用高速度工具鋼。
JP24433895A 1995-09-22 1995-09-22 高靭性精密鋳造用高速度工具鋼 Pending JPH0987807A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014210941A (ja) * 2013-04-17 2014-11-13 山陽特殊製鋼株式会社 高温焼戻し硬さに優れた粉末高速度工具鋼
CN112813343A (zh) * 2020-12-28 2021-05-18 马鞍山庞博铸业有限公司 一种球墨铸钢及其制备方法
JP2022138638A (ja) * 2021-03-10 2022-09-26 山陽特殊製鋼株式会社 Moを含有するFe系合金
CN119040727A (zh) * 2024-08-20 2024-11-29 北京科技大学 一种细化高速钢铸态组织的方法

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